梅君
（上海申铁投资有限公司）
摘要：随着城市地下空间的不断开发和利用，盾构法隧道的建设面临越来越多的挑战，其中之一就是穿越拔桩区域。依托上海轨道交通市域线机场联络线盾构法隧道穿越浦东机场南回转匝道桩基托换拔除区工程，介绍了大直径泥水平衡盾构机穿越托换桥梁拔桩区的施工技术措施，着重对穿越过程中所采取的一些关键技术进行列举分析。经验证，盾构推进时综合采取合理设置切口压力、合理增大同步注浆填充量、勤清采石箱、必要的泥水循环反冲等措施，对在建隧道本身及穿越桩基段地表的稳定、安全有较好的效果。这为后续类似隧道工程的施工建设提供了宝贵的实践经验。
随着城市地下空间的不断开发和利用，轨道交通线路路网的密度越来越大。盾构施工不可避免地需要面对各种复杂的工况。这就对施工的技术要求和风险管控带来了新的挑战。
上海轨道交通市域线机场联络线（下称“机场联络线”）盾构法隧道穿越浦东机场南回转匝道桩基托换拔桩区工程，通过综合采取一系列措施，如合理设置切口压力、合理增大同步注浆填充量、勤清采石箱以及泥水循环反冲等，确保了盾构穿越段施工期间盾构机处于稳定掘进的状态，地表及地表建（构）筑物沉降处于稳定可控的状态。在国内，类似大直径泥水平衡盾构机穿越拔桩区域的施工案例较少，盾构法隧道遇桩基的处理研究主要有以下几个方面：
1）遇建（构）筑物桩基础的处理方法。遇建（构）筑物桩基础的处理方法主要有线路调线避开桩基、桩基托换后原桩拔除或冲切清障、桩基托换后盾构机原位切桩穿越等方法[1]。
2）盾构穿越施工过程中的技术手段。盾构穿越施工过程中，综合采取放慢推进速度、合理设置土仓压力、控制出土量、及时进行同步注浆填充、控制隧道轴线等技术手段[2]。
3）施工监测和信息化动态调整施工参数。施工监测和信息化动态调整施工参数是确保盾构法隧道穿越复杂区域施工安全和施工质量的关键环节。充分利用盾构穿越前试验段的地面沉降监测 和建（构）筑物位移及倾斜施工监测数据，在盾 构穿越新建桥梁及拔桩区施工前合理确定盾构施 工参数，并实时结合盾构穿越段施工监测数据， 及时优化调整盾构施工参数及施工控制措施，从 而保证了新建桥梁和运营中老桥的安全。
以往盾构机穿越托换拔桩区工程实践主要采 用土压平衡盾构机，大直径泥水平衡盾构机穿越 拔桩区涉及较少。本文梳理、分析了盾构穿越拔 桩区期间施工关键技术参数及控制措施，同时对 穿越全过程既有托换桥梁的沉降数据进行深入分 析，从而总结出了施工关键技术措施的实效。这 为以后类似工程提供了宝贵的实践经验。
1工程概况
机场联络线是上海市正在建设的一条重要轨道交通市域线，是上海市轨道交通线网中重要的东西快速通道，是国家发改委首批确定的全国11条市域铁路示范线之一，属于市重大工程。线路西起上海虹桥2号航站楼站，东至上海东站站，线路全长68.6 km，设9座车站，其中浦东机场工作井—浦东3号航站楼站区间隧道为双线隧道，采用盾构法施工。隧道管片外径为9.0 m，内径为8.1 m，管片厚度为450 mm，采用2台铁建重工ϕ9.29 m泥水平衡盾构机由浦东机场工作井始发向规划航站楼站掘进。
盾构始发后不久，随即穿越运营中的浦东机场南回转匝道拔桩区域。左线盾构在38环～45环穿越匝道G13墩（拔除桩基13根），51环～56环穿越匝道D14墩（拔除桩基4根），69环～70环穿越匝道U8墩（拔除桩基2根）；右线盾构在34环～38环穿越匝道G12墩（拔除桩基10根），48环～55环穿越匝道D13墩（拔除桩基7根），65环～66环穿越匝道U6墩（拔除桩基2根）。隧道管片环号与拔桩区相对位置平面关系见图1。
需拔除桩基为PHC管桩，桩径为0.6 m，拔桩施工采用全回转CD钻机拔桩清障。先将ϕ1 500 mm钢套筒旋钻至破除截面（盾构法隧道底以下2 m）以下，利用冲击锤与抓斗配合进行冲抓清障作业。拔桩后桩孔先采用经晾晒达到适当含水量的原土、冲抓斗或冲锤分层夯实的方式回填，后期采用双重管高压旋喷加固的方式加固，以满足盾构施工对地基土的要求。
托换墩柱承台桩基采用钻孔灌注桩，桩径为1.2 m，深度为57～67 m，桩中心距离新建隧道距离3～4 m。
2施工难点分析
1）泥水平衡盾构机穿越拔桩区，易沿桩孔形成透水通道，造成泥水上窜，影响开挖面稳定，故对桩孔回填质量和泥水压力设定有较高要求。
2）泥水平衡盾构机较土压平衡盾构机携渣能力弱，对掘进土层较敏感，对桩体回填块径质量要求高。
3）南回转匝道为进入浦东国际机场2号航站楼的主通道，车流量大，交通繁忙，一旦发生沉降过大或阻断交通等情况，将会造成重大社会影响，所以对施工沉降控制要求高。
3穿越施工过程控制
3.1穿越段地层情况
盾构穿越时位于④灰色淤泥质黏土、⑤1灰色黏土、⑤31灰色粉质黏土层中，覆土埋深为23.58～24.26 m。穿越段环号与土层分布剖面关系见图2。
3.2穿越段施工情况
刀盘进入拔桩区时，盾构机吸口、管路出现明显堵塞，需多次开启采石箱、吸口反冲。由于左、右线情况类似，左线先进入拔桩区域，因此以左线作为研究对象进行分析。盾构推进吸口堵塞情况见图3。
由图3可知：盾构机刀盘抵达时，吸口堵塞明显，反冲、开启采石箱次数明显增加；盾尾离开后，吸口堵塞情况明显好转，但穿越集中，吸口仍有堵塞情况存在，后续4～8环仍需清理采石箱。
3.3穿越时技术参数设置
根据地表沉降监测数据指导气泡仓压力设置，通过对气泡仓压力实际设置值进行简单数据分析，经公式转换显示，侧压力系数k0值较为稳定，介于0.68～0.70之间，与黏土层中取值基本一致。根据每环实际推进里程，计算每环理论注浆量和实际注浆量的关系。穿越段实际注浆量与理论注浆量的关系见图4。
由图4可见，同步注浆量为9.2～9.7 m3，注浆量为理论注浆量的117％～130％，与黏土层中取值基本一致。为了增强注浆体强度，减少地层沉降，加快施工速度，故在同步注浆浆液中添加水泥。为了兼顾浆液流动性和初凝时间控制，每方浆液中添加50 kg水泥。同步注浆配合比见表1。
3.4穿越过程监测情况
盾构穿越过程中对地表沉降及托换后的桥墩沉降数据进行收集、分析。盾构穿越段监测点平面布置见图5，左线盾构穿越段地面沉降变化趋势见图6，左线盾构穿越段桥墩沉降变化趋势见图7，右线盾构穿越段地面沉降变化趋势见图8，右线盾构穿越段桥墩沉降变化趋势见图9。
由图6～图9可知：盾构穿越桩区时地表沉降略有波动，穿越后的3个月后，略有沉降后趋于稳定；盾构穿越桩区时托换桥墩有上浮现象，左线稍明显，右线因晚左线一个月穿越，故穿越后桥墩沉降变化稍小，说明左线盾构穿越后，桥墩先有上浮，后随着地层扰动沉降而沉降，待右线穿越时，桥墩沉降变化稍小，穿越后发生微小工后沉降即趋于稳定。
4其他施工控制技术措施
为控制盾构穿越段地表沉降以及对周边建（构）筑物的影响，该工程对泥水质量、盾尾油脂压注、盾构姿态、推进速度、掘削量等方面进行了严格控制，以确保盾构机安全顺利地穿越拔桩区域及托换后的桥梁匝道区域。
4.1泥水质量控制
不同土体的泥水管理要求和方法也会有所差异。应根据需要，调节泥水比重、黏度、胶凝强度、泥壁形成性、润滑性等，使其成为一种可塑流体。泥水平衡盾构机利用泥水的主要目的是维持开挖面的稳定、防止塌方，并将切削下来的泥膜转化成泥水并输送到地面。为保证泥水的输送能力和保持开挖面的稳定性，正常掘进时，泥水的比重应控制在1.15～1.30 g/cm3，其黏度应控制在20～25 Pa·s。
4.2盾尾油脂压注控制
在同步注浆量充足的前提下，盾尾密封功能就特别重要。该项目盾尾密封结构为4道盾尾刷+1道钢板束+1道止浆板。盾尾刷的安装严格按既定方案执行，在盾尾刷安装完毕后进行质量检查。盾尾油脂采用优质穿越型油脂，盾构始发前盾尾处手涂油脂量为每延米不少于10 kg，在施工过程中定期、定量、均匀地压注油脂，以保障盾尾的密封完好。盾尾刷四腔油脂压力按梯度分布，同时确保第四腔油脂压力大于同步注浆压力。
4.3盾构姿态控制
盾构在掘进过程中，必须按设计轴线向前掘进，其高程、水平偏差必须控制在设计标准要求的范围内。土层扰动越大，则地面沉降也就越大。因此，在穿越区段掘进时，必须严格控制盾构姿态，避免较大幅度的纠偏，以减小对土层的扰动。根据试验段的经验，盾构机切口与盾尾轴线水平及高程偏差均需控制在20 mm以内，盾构机整体调整至轴线下30～50 mm范围内，并在穿越段保持此姿态。
4.4掘进速度控制
盾构掘进速度是重要的盾构施工参数。盾构穿越飞行控制区等特定条件时，掘进速度应设定在20～30 mm/min，并保持匀速掘进。如果盾构推进速度过快，进出土量可能无法及时匹配，进而影响开挖面稳定，引起地面隆沉。
4.5掘削量控制
盾构机在土层中掘进时，通过切削刀、刮刀、先行刀等刀具将开挖面上的土体切削下来送入泥水仓，与送泥泵送入泥水仓的泥水搅拌后，以比重较高的泥水形式通过排泥管路由排泥泵排出。
在掘进过程中，应用容积控制法计算掘削量，同时密切关注地层变化情况，以及时调整掘进策略和参数，确保施工安全。
5结语
依托上海轨道交通市域线机场联络线盾构法隧道穿越浦东机场南回转匝道桩基托换拔除区工程，通过分析盾构穿越桥梁拔桩区域前试验段掘进参数和监测数据，在穿越段推进中综合采取合理设置切口压力、合理增大同步注浆填充量、勤清采石箱、必要的泥水循环反冲等措施，同时通过控制泥水质量、盾尾油脂压注质量、盾构姿态、掘进速度、掘削量等，确保了在建隧道本身、穿越段托换桥梁桩基及地面建（构）筑物的稳定和安全，为后续类似隧道工程施工提供了宝贵的实践经验。
转载文献来源：中国知网-隧道与轨道交通
